【住宅建筑结构设计应注意的问题】什么是建筑结构设计

　　摘 要：建筑工程质量的好坏直接影响着千家万户的生命安全；而设计质量也是工程质量的一个重要要素，合理的结构设计是保证工程使用安全的基础。本文结合笔者自己实际设计经验，就住宅建筑结构设计中存在的一些问题进行分析，并就此提出了自己的见解，以供同行参考。
　　关键词：住宅建筑；结构设计；简化设计；设计质量
　　
　　住宅建筑的结构设计是一项繁重且责任重的工作，因为结构设计是否合理，直接影响到建筑物的安全、适用、经济。但在实际设计工作中，常常发生对建筑结构设计的概念理解和方法运用上的差错。为了避免或减少类似情况发生，有必要对这些差错进行深入思考并进行小结。
　　1 基本概念模糊的问题
　　在结构设计中，首先应正确选择设计简图，再根据作用在结构上的荷载选择合适的计算方法进行力学分析，然后进行截面设计。在设计中必须认真对待每一个步骤，才能保证工程设计的质量。但有时会出现图省事随意简化设计的情况，计算假定与实际结构不符，对于力学分析复杂的构件，时常忽略一些必要的计算数据，如自振周期、层间位移比、稳定、变形、裂缝、挠度等，而造成工程质量隐患。
　　如一栋 Y 字型的 16 层楼，一层转换，该楼平面为 Y型，属于凹凸不规则，转换层属于竖向抗侧力构件不连续，考虑地震力偶然偏心时层间位移比大于 1. 2，属于扭转不规则，按规范规定的平面及竖向不规则类型，属于严重不规则结构。在设计时应注意调整外围剪力墙，使层间位移比小于 1. 2，转换层的刚度不小于相邻上部楼层侧向刚度的 70% 及其上相邻 3 层侧向刚度的80%。在设计时应全面严格控制结果，使其符合抗震设计要求，不能只是看到梁柱没有超筋就认为设计通过了。
　　2 盲目简化设计的问题
　　（1）基础设计都不是只凭地基承载力来确定的，还要综合考虑土层沿水平及垂直方向上的变化、土质物理力学指标、有无地质异常、原有坑道、地下水位深度等因素，而且上部结构也要结合地质情况确定选型，做必要的技术处理。有的工程因甲方或施工单位图省事、省工期及其他原因使地质勘查深度不够或不按要求做必要的地基处理，给建筑造成较大的工程隐患和浪费。
　　（2）设计中涉及的一些设计参数、折减系数或放大系数，没有严格按照规范和设计假定取值，使计算结果与实际情况有较大出入。
　　（3）由于地基变形的控制是地基安全的基本控制之一，地基变形的差异（不均匀沉降）对结构设计尤为重要，它是导致建筑物产生裂缝的重要原因。因此不能忽视地基变形的验算，同时还应根据建筑所受荷载、结构形式、局部地质变化等因素做不均匀沉降的综合判断或计算，采取相应的技术处理。
　　（4）解决砌体局部受压问题不优先采用梁垫、不进行抗压计算，盲目设置钢筋混凝土构造柱，增加材料消耗。
　　3 住宅建筑主体结构设计中存在的问题
　　3.1 屋面梁板配筋的问题
　　（1）顶层的屋面楼板漏水的现象屡见不鲜，究其主要原因往往是配筋过少。而配筋过少的原因，笔者认为是屋面梁板未考虑屋面梁板在温度变化、混凝土收缩和受力等作用，而造成配筋过少。在通常的结构建模中，出于设计软件本身的局限性和设计人员本身的原因，结构模型中往往未考虑屋面梁板在温度变化、混凝土收缩和受力等作用。因而在设计当中不应该遗漏这些因素，适当加强配筋率，避免而裂缝宽度较大。
　　（2）屋面的受扭梁缺少必要的抗扭腰筋。对于一般的梁，为了保持钢筋骨架的刚度，同时为了防止梁腹出现过大的裂缝及承受温度和收缩应力，《混凝土结构设计规范》规定，当梁的腹板高度 hw≥450mm 时，在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋，每侧纵向构造钢筋（不包括梁上、下部受力钢筋及架立钢筋）的截面面积不应小于腹板截面面积 b hw的 0.1%，且其间距不宜大于 200mm。对于受扭构件，其纵向受力钢筋的间距不应大于 200mm 和梁截面短边长度。另外还应注意在结构设计中常将设置悬挑檐口的屋面粱误等同一般梁，未按受扭构件设计配筋，也是应引起足够注意。
　　3.2 楼层平面刚度的问题
　　一些设计在缺乏结构布置必要措施或缺乏基本的结构概念时，采用楼板变形的计算程序。尽管程序在力学模型上是成立的，但在确定楼板变形程度上却很难做到准确。作为计算的大前提都无法做到工程实际和计算模型相符，其计算结果又怎么会是正确的呢? 因而根据此结果进行的结构设计肯定存在着结构某些部位或构件安全储备过大的现象，甚至结构不安全成份! 为了使程序的计算结果基本上反映结构的真实受力状况而不致于出现根本性的误差，设计时应尽可能将楼层设计成刚性楼面。要做到这一点，首先应在建筑设计甚至方案阶段就避免采用楼面有变形的平面（比如楼层大开洞、外伸翼块太长、块体之间成“缩颈”连接、凹槽缺口太深等）；其次要从结构布置和配筋构造上给予保证，对于使用功能确实必需的，或者建筑效果十分优越的建筑设计，如果其平面无法完全符合刚性楼板的假定，那么在结构设计时可以通过增设连系梁（板）、洞口边加设暗梁边梁、提高连系梁（板）或暗梁边梁的配筋量、采用斜向配筋或双层配筋形式等方法，尽量满足刚性楼板的基本假设，或者弥补由于不是绝对的刚性楼板假定而产生的计算“误差”。当由于建筑功能的需要，不可避免楼层大开洞、外伸翼块太长、块体之间成“缩颈”连接、凹槽缺口时，应当根据实际在程序中正确选择楼板模型，定义弹性板，比如 PKPM 程序中的弹性楼板模型有弹性模板 6，弹性模板 3，弹性膜等 3 种，在该程序中弹性楼板的定义与板厚有关。
　　3.3 构造箍筋的问题
　　（1）剪力墙连梁箍筋超筋。连梁箍筋超筋，由于规范对梁的配箍率仅明确了下限值，即给出了 Psv 计算公式，但是没有给出其上限值直接的表达式，所以人工干预配箍率时容易因大意而超筋。其实，规范对配箍率上限值的规定是通过梁截面尺寸的要求来定义的。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2002）规定，无地震作用组合时，剪力墙连梁的截面尺寸应符合：Vb≤0. 25β
　　
　　c fc bb hbo。结合规程规定，连梁的斜截面受剪承载力应满 Vb≤O．7ft bb hbo + fyv Asv hbo / s，我们可以推导出无地震作用组合时，连梁的面积配箍率上限值的计算公式为Psv，max = Asv / sb =（0. 25 βc fc－0．7ft）/ fyv。其他情况下的连粱配筋率上限值同样可以推导出来。
　　（2）框架柱箍筋时，短柱箍筋没有全长加密。《混凝土结构设计规范》规定，剪跨比λ≤2 框架柱应沿柱全长加密箍筋且箍筋间距不应大于 100mm，楼梯间周围的框架柱一般为短柱，还有错层房间周围也有可能出现短柱，对这些部位的框架柱应该引起注意。另外还应注意，《混凝土结构设计规范》规定，当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率大于3%时，箍筋直径不应小于8mm，间距不应大于纵向受力钢筋最小直径的10倍，且不应大于 200mm；箍筋末端应做成135°弯钩且弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直径的10倍；箍筋也可焊成封闭环式。
　　4 建筑结构设计的安全问题
　　关于建筑安全事故是否与结构设计有必然联系，一直是建筑设计界所高度重视的问题。在实际设计中，盲目加大构件截面，增加用钢量成为一种常见的设计方法，造成了不必要的浪费。我国很多钢筋混凝土高层建筑的用钢量，已超过国外同等高度钢结构用钢量。尽管我国设计规范所设定的安全贮备较低，但某些工程的材料用量反而高于国外同类工程。从历史事实来看，自上世纪 50 年代至今，我国使用的结构设计方法一直没有很大的改变，而 50 年代所用的混凝土强度很低，其施工手段也很落后，混凝土用体积配合比，人工搅拌，没有振捣器，而施工发生安全事故的却很少。从工程事例可知，建筑安全事故与结构设计安全度是没有连带关系的。
　　5 结 语
　　随着经济建设的高速发展，我国建筑迅速增多，形成了强大的冲击波，我们设计工作者应按规范规定和相应的构造要求严格执行，才得以从根本上消除设计质量。
　　参考文献
　　[1] 高立人，王跃．结构设计的新思路概念设计［Ｊ］．工业建筑，１９９９
　　[2] 孙海林．手把手教你建筑结构设计 ［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００９．